燈具控制系統中的llc諧振變換器電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，所述燈具控制系統包含有PFC升壓電路，所述PFC升壓電路中設置供電變壓器PFC T1，所述供電變壓器PFC T1的輔助繞組一端通過整流二極管引出取壓點A，該電路包括：諧振控制單元，包括諧振控制芯片，芯片具有供電端口，所述取壓點A通過一串穩單元連接至所述供電端口，所述串穩單元包括開關管Q10；所述開關管Q10的集電極連接至取壓點A、且通過電阻R22連接至自身的基極；所述開關管Q10的基極通過穩壓管ZD10接入地、且穩壓管ZD10的陽極為接地端；開關管Q10的發射極通過電容C17接入穩壓管ZD10的陽極、且通過電阻J11接入供電端口。本實用新型提出的LLC諧振變換器電路設計了串穩單元，使串穩單元能夠給芯片提供穩定的供電電壓。
【專利說明】
燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及燈具控制技術領域，具體涉及一種用于燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路。
【背景技術】
[0002]目前，在許多開關電源中，通常都會設計LLC諧振變換器電路來提高電源轉換效率，并且具有輸出波紋小、濾波簡單、負載可調范圍大等特點。比如，類似于LED路燈等給道路提供照明功能的燈具而言，其燈具控制系統中就會涉及到LLC諧振電路，因為LED路燈并不能直接從市電電網中吸取能量，需要配套的驅動電源。在LED燈具控制系統中，市電經過功率因素校正單元升壓(PFC升壓)后得到較高的電壓信號，然后通過LLC諧振變換器轉換成為滿足LED路燈驅動要求的低壓直流電。對于LLC諧振變換器電路在電源設計領域有很多種結構，有采用分立元件進行半橋驅動的，也有采用控制芯片進行半橋驅動的。由LLC諧振控制芯片構成的諧振半橋控制電路中，芯片的供電通常直接經整流二極管連接到PFC升壓電路中的供電變壓器輔助繞組，而一旦該輔助繞組上感應的電壓信號出現不穩定情況甚至波動較大時，芯片工作便會受到影響，進而使得諧振半橋處于不穩定工作狀態。進一步的是，對于諧振半橋的兩只功率管而言，其柵極有的直接與芯片的相應端口相連，這使得功率管的通斷快慢驅動受到一定影響，而且還會出現同時導通的異常，影響了電源的轉換效率。
【實用新型內容】
[0003]針對現有技術中所存在的不足，本實用新型提供了一種燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，該電路以諧振控制芯片為主進行設計，并在芯片的供電端口設計了串穩單元，使串穩單元能夠給芯片提供穩定的供電電壓，以保證LLC諧振變換電路的正常運行。
[0004]為實現上述目的，本實用新型采用了如下的技術方案:
[0005]—種燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，所述燈具控制系統包含有PFC升壓電路，所述PFC升壓電路中設置供電變壓器，所述供電變壓器的輔助繞組一端通過整流二極管引出取壓點A，所述LLC諧振變換器電路包括:
[0006]諧振控制單元，其包括諧振控制芯片，所述諧振控制芯片具有供電端口，所述取壓點通過一串穩單元連接至所述供電端口，所述串穩單元包括開關管Q10;所述開關管QlO的集電極連接至取壓點、且通過電阻R22連接至自身的基極;所述開關管QlO的基極通過穩壓管ZDlO接入地、且穩壓管ZDlO的陽極為接地端;所述開關管QlO的發射極通過電容C17接入穩壓管ZDlO的陽極、且通過電阻Jll接入供電端口。
[0007]相比于現有技術，本實用新型具有如下有益效果:
[0008]本實用新型提供的LLC諧振變換器電路應用在燈具控制系統中，通過從PFC升壓電路的供電變壓器輔助繞組獲取電壓信號，并利用該電壓信號作為諧振控制芯片的供電電源，且通過串穩單元送入到諧振控制芯片的電源管腳，使得諧振控制芯片能夠穩定地控制諧振半橋，從而使連接在諧振半橋后側的LC諧振網絡、同步整流單元輸出燈具所需要的穩定直流電壓。
【附圖說明】

[0009]圖1為本實用新型所述燈具控制系統在LLC諧振變換器電路前側的PFC升壓電路原理簡圖；
[0010]圖2為本實用新型所述LLC諧振變換器電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0011]為了使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與作用更加清楚及易于了解，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步闡述:
[0012]參見圖1，其給出了本實用新型所述燈具控制系統在LLC諧振變換器電路前側的PFC升壓電路原理簡圖。該部分電路為升壓型的功率因素校正電路，其主要是通過專用的功率因素校正控制IC芯片去調整輸入電流的波形，對電流電壓間的相位差進行補償，進而提高電網的功率因素，保障電網高效的利用率。在圖1中，PFC Vout為PFC升壓電路的信號輸出端，其輸出電壓在420V左右。變壓器Tl即為PFC供電變壓器，從圖1中看到，Tl的原邊繞組一端(pinlO)與交流輸入整流濾波單元的信號輸出端相連，另一端(pin8)向外引出構成該電路的信號輸出，所述供電變壓器Tl的輔助繞組一端(pin4)通過D1、D2、R18引出取壓點A。
[0013]參見圖2，其給出了本實用新型所述LLC諧振變換器電路的原理圖。結合圖1-2，本實用新型提供了一種燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，所述燈具控制系統包含有PFC升壓電路，所述PFC升壓電路中設置供電變壓器PFC Tl，所述供電變壓器PFC Tl的輔助繞組一端通過整流二極管引出取壓點A，所述LLC諧振變換器電路包括:諧振控制單元，其包括諧振控制芯片U900，所述諧振控制芯片U900具有供電端口 VCC，所述取壓點A通過一串穩單元連接至所述供電端口(VCC管腳)，所述串穩單元包括開關管Q10;所述開關管QlO的集電極連接至取壓點A、且通過電阻R22連接至自身的基極;所述開關管QlO的基極通過穩壓管ZDlO接入地、且穩壓管ZDlO的陽極為接地端;所述開關管QlO的發射極通過電容C17接入穩壓管ZD1的陽極、且通過電阻J11接入供電端口 VCC管腳。
[0014]上述方案中，A點電壓送入到開關管QlO的集電極，此時由于穩壓管ZDlO的存在使得開關管QlO的基極穩壓到13V，開關管QlO的輸出3腳(即發射極)丨旦在13-0.3V左右，然后通過電阻JlI施加到諧振控制芯片U900的供電端口，以此保證諧振控制芯片U900的供電端口VCC恒工作在12.5V左右。此時不論電路電壓如何波動，電壓/電流沖擊都承受在開關管QlO上，對芯片U900起到了很好的保護作用。其中穩壓管ZDlO的工作電流只需要ImA不到，就可以給芯片U900提供工作所需電流，穩壓管ZDlO功耗低，電路工作穩定可靠。在一些燈具控制系統中，穩壓電路并沒有設計開關管，那電壓/電流便會完全加載穩壓管上，使得穩壓管功耗高，易損壞。其中，電阻R22優先取值在3.9K，穩壓管ZD1的穩定電壓取值在13V。電阻J11優先取值在4.7歐。電容C17的額定工作電壓取值在50V，其在這里的作用是濾高頻雜波。
[0015]本實用新型中，所述開關管QlO的集電極與發射極之間還設置有二極管D13，所述二極管Dl 3的陽極與開關管QlO的發射極相連，所述二極管Dl 3的陰極與開關管QlO的集電極相連。這里設置二極管D13的作用是LLC的VCC可以正常給U3的4腳反饋，A點電壓受PFC的VCC干擾。
[0016]其中，所述串穩單元還包括有濾波電容組，如圖2所示，所述濾波電容組包括:連接在所述取壓點A與地之間電容C16，和連接在供電端口與地之間的電容C60和電容C61，其中電容C16、電容C61采用有極性電容。這里，電容C16對A點信號(即進入串穩單元前的信號)進行濾波，電容C61和電容C60對串穩單元輸出的信號進行濾波，以保證輸入到芯片U900VCC的電壓穩定無干擾。
[0017]由于本實用新型涉及的是LLC諧振變換器控制電路，因此與傳統LLC諧振變換器類似的是也包括有諧振半橋，芯片U900通過控制諧振半橋中兩個開關管的導通與關閉來調節它們的工作頻率(簡稱開關頻率)，以此調節輸出電壓大小，而兩個開關管在整個控制過程中占空比是保持不變的。這與PWM控制器的能量傳輸方式是不同的，PffM控制器的能量傳輸是由主開關的占空比來控制的。在輕負載時，工作頻率逐漸升高，工作在降壓區域內；而在重負載時，工作頻率逐漸降低，工作在升壓區域內。
[0018]如圖2所示，所述LLC諧振變換器電路還包括由開關管Q5和開關管Q6構成的諧振半橋;其中，開關管Q5的源極與開關管Q6的漏極相連構成串聯結構、且串接點向外引出連接至LC諧振網絡；所述開關管Q5的漏極接收從PFC升壓電路輸出的電壓信號(即圖1中的PFCVout)，柵極通過第一開關管加速單元與諧振控制芯片的高端驅動輸出管腳(HVG管腳)相連;所述開關管Q6的源極接地，柵極通過第二開關管加速單元與諧振控制芯片的低端驅動輸出管腳(LVG管腳)相連。芯片U900通過控制Q5和Q6的導通與關閉，使得LC諧振網絡不斷將電能傳輸到次級輸出端，再經過次級輸出端的同步整流單元轉換成直流電，加載到燈具負載上。而在開關管Q5和開關管Q6的柵極與芯片的相應驅動管腳之間設計開關管加速單元的目的是防止Q5，Q6同時導通。
[0019]從圖2可以看到，LC諧振網絡由諧振變壓器LLC Tl的原邊繞組L(pinl2_pinl3)和C33構成，而在諧振變壓器LLC Tl的次級繞組側設置了同步整流I(pin2-pin5)和同步整流2(pinl-pin4)，以對諧振變壓器LLC Tl的次級感應電壓信號進行整流后輸送給路燈。這里的同步整流I和同步整流2均采用TEA1791A同步整流芯片構成。屬于應用比較廣泛的同步整流技術，故省去具體的電路設計。同時，諧振變壓器LLC Tl還設計有初級輔助電源繞組pin9-pinlO，以及次級輔助電源繞組pin6-pin7，其中初級輔助電源繞組pin9-pinl0設計有二極管D11、電容C15和C18，二極管Dll陰極經過電阻R81接入到A點。而次級輔助電源繞組pin6-Pin7所設計電路與本實用新型無關，這里不做詳細介紹。
[0020]在上述方案中，提到的第一開關管加速單元包括穩壓管ZD50、二極管D56、電阻R13、電阻R9和開關管Q51;參見圖2，諧振控制芯片U900的高端驅動輸出管腳(HVG管腳即15腳)連接至穩壓管ZD50的陰極、二極管D56的陽極和開關管Q51的基極，所述穩壓管ZD50的陽極連接至諧振控制芯片的高端驅動浮地管腳(OUT管腳即14腳)，所述二極管D56的陰極通過電阻Rl 3與開關管Q5的柵極相連，所述開關管Q51的發射極通過電阻R9與開關管Q5的柵極相連，所述開關管Q51的集電極連接至開關管Q5的源極。所述開關管Q5的柵極和源極之間還設置有阻值大小在1K歐姆的電阻R10，用以保護開關管Q5。
[0021]當控制Q5導通時，芯片U900的HVG管腳輸出的控制信號經過D56和R13，送至Q5柵極，Rl3阻值較小，促使Q5快速導通，上升沿時間短；當控制Q5斷開時，芯片U900的HVG管腳輸出的控制信號加載到開關管Q51的基極，使得Q51導通，此時MOS管Q5柵極信號經過二極管D56，電阻R13，R9，開關管Q51得到釋放，進而加快關斷。這里開關管Q51優先采用PNP型三極管。
[0022]在上述方案中，提到的第二開關管加速單元具有與第一開關管加速單元相同的結構，即第二開關管加速單元包括穩壓管ZD51、二極管D55、電阻R15、電阻RlI和開關管Q50;參見圖2，諧振控制芯片的低端驅動輸出管腳(LVG管腳)連接至穩壓管ZD51的陰極、二極管D55的陽極和開關管Q50的基極，所述穩壓管ZD51的陽極接地，所述二極管D55的陰極通過電阻R15與開關管Q6的柵極相連，所述開關管Q50的發射極通過電阻Rll與開關管Q6的柵極相連，所述開關管Q50的集電極連接至開關管Q6的源極。所述開關管Q6的柵極和源極之間還設置有阻值大小在1K歐姆的電阻R12，用以保護開關管Q6。
[0023]當控制Q6導通時，芯片U900的LVG管腳輸出的控制信號經過D55和R15，送至Q6柵極，Rl5阻值較小，促使Q6快速導通，上升沿時間短；當控制Q6斷開時，芯片U900的LVG管腳輸出的控制信號加載到開關管Q50的基極，使得Q50導通，此時MOS管Q6柵極信號經過二極管D55，電阻R15、R11，開關管Q50得到釋放，進而加快關斷。這里開關管Q50優先采用PNP型三極管。
[0024]在上述的第一開關管加速單元和第二開關管加速單元中，穩壓管ZD50、ZD51的穩定電壓優先選取在39V; 二極管D56、D55的優先參數取值在30V/0.2A(其中30V為二極管承受的最大反向電壓，0.2A為二極管流過的最大正向電流)；三極管Q51、Q50的選型也相同。但是，在第一開關管加速單元中，R13優先取值10歐姆，R9優先取值在15歐;而在第二開關管加速單元中，R15優先取值為15歐姆，RU優先取值在10歐姆。對比圖2，這樣設計阻值大小使得上下半橋驅動和泄放電阻值不一樣，以此來保證上下橋導通死區時間，有效避免出現上下MOS管同時導通的異常。
[0025]在圖2中可以看到，本實用新型中所提到的諧振控制芯片U900除了上述已經涉及到的VCC管腳(12腳)、HVG管腳(I 5腳)、LVG管腳(11腳)和OUT管腳(14腳)以外，還具有其他的管腳，具體如下:
[0026]I腳一 CSS管腳:軟啟動管腳。該管腳通過R61、C57接地，并與4腳之間設置電容R57，用以確定軟啟動時的最高工作頻率。通常軟啟動的目的在于，在啟動過程中使變換器的功率逐漸增加，以消除過大的開機涌流。
[0027]2腳一DELAY管腳:過載電流延遲關斷管腳。該管腳對地接入R59、C53，以設置過載電流的最長持續時間。
[0028]3腳一 CF管腳:定時電容管腳。該管腳對地連接電容C54，并與4腳對地的電阻R58配合可設定振蕩器的開關頻率。
[0029]4腳一 RFMIN管腳:最低振蕩頻率設置管腳。該管腳提供2V基準電壓，其負載網絡包括有三個分支:①在4腳和地之間設置的電阻R58，用于設置最低振蕩頻率;②從4腳接電阻R60，通過反饋環路控制的光耦(U4)接地，用于調整交換器的振蕩頻率，當工作時，光耦通過這個支路調整電流，因此調整振蕩頻率，使得輸出電壓得以變化，當光電晶體管飽和時，電阻R60決定半橋振蕩的最大頻率。③在4腳-1腳-地之間設置的R57、C57網絡實現軟啟動。
[0030]5腳一STBY管腳:間歇工作模式門限管腳(〈1.25V)，即待機模式。從圖2可以看到，該管腳通過電阻R63、R64接入光耦U4。其受后級反饋電壓控制，和內部的1.25V基準電壓進行比較，如果5腳電壓小于1.25V，則芯片進入到靜止狀態，并且只有較小的靜態工作電流。當5腳電壓超過基準電壓50mV時，芯片重新開始工作。
[0031]6腳一ISEN管腳:電流檢測信號輸入管腳。從圖2看到，該管腳使用電容分流的無損電流檢測方法檢測主回路中電流大小。在圖2中，C63、C62、R66、D53、D54、C56和R65構成無損電流檢測電路。
[0032]7腳一LINE管腳:輸入電壓檢測管腳。從圖2看到，該管腳由分壓電阻連接到PFC電路的輸出部分，以進行保護。當檢測電壓低于1.25V時，關閉輸出并釋放軟啟動電容器。當檢測電壓高于1.25V時，重新軟啟動。
[0033]8腳一DIS管腳:閉鎖式驅動關閉管腳。該管腳內部連接一種比較器，當該腳電壓超過1.85V時，芯片閉鎖式關機，只有當芯片工作電壓Vcc降低到UVLO門限之下時才能夠重新開始工作。由圖2看到，該管腳連接到光耦U3，而光耦U3組成輸出過壓保護單元(具體電路未示出)。當后級輸出電壓過大時，便會通過光耦反饋到該DIS管腳，使芯片驅動關閉。
[0034]9腳一 PFC-STOP管腳:打開PFC控制器的控制管腳。在本實用新型中不作用。
[0035]10腳一 GND管腳:芯片地管腳。
[0036]16腳一VBOOT管腳:高端門極驅動浮動電源管腳。該管腳與14腳(OUT)之間連接一只自舉電容CbootS卩C59，被芯片內部的一個自舉二極管與低端門極驅動器同步驅動。
[0037]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，其連接在燈具控制系統的PFC升壓電路后側，所述PFC升壓電路中設置供電變壓器，所述供電變壓器的輔助繞組一端通過整流二極管引出取壓點A，其特征在于，所述LLC諧振變換器電路包括: 諧振控制單元，其包括諧振控制芯片，所述諧振控制芯片具有供電端口，所述取壓點A通過一串穩單元連接至所述供電端口，所述串穩單元包括開關管QlO;所述開關管QlO的集電極連接至取壓點A、且通過電阻R22連接至自身的基極;所述開關管QlO的基極通過穩壓管ZDlO接入地、且穩壓管ZDlO的陽極為接地端;所述開關管QlO的發射極通過電容C17接入穩壓管ZDlO的陽極、且通過電阻Jll接入供電端口。2.如權利要求1所述的燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，其特征在于，所述開關管QlO的集電極與發射極之間還設置有二極管Dl 3，所述二極管Dl 3的陽極與開關管QlO的發射極相連，所述二極管D13的陰極與開關管QlO的集電極相連。3.如權利要求1或2所述的燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，其特征在于，所述串穩單元還包括有濾波電容組，所述濾波電容組包括: 連接在所述取壓點A與地之間電容C16，和連接在供電端口與地之間的電容C60和電容C61，其中電容C16、電容C61采用有極性電容。4.如權利要求1所述的燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，其特征在于，還包括由開關管Q5和開關管Q6構成的諧振半橋;其中， 所述開關管Q5的源極與所述開關管Q6的漏極相連構成串聯結構、且串接點向外引出連接至LC諧振網絡； 所述開關管Q5的漏極接收從PFC升壓電路輸出的電壓信號，柵極通過第一開關管加速單元與諧振控制芯片的高端驅動輸出管腳相連； 所述開關管Q6的源極接地，柵極通過第二開關管加速單元與諧振控制芯片的低端驅動輸出管腳相連。5.如權利要求4所述的燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，其特征在于，第一開關管加速單元包括穩壓管ZD50、二極管D56、電阻Rl 3、電阻R9和開關管Q51 ； 其中，諧振控制芯片的高端驅動輸出管腳連接至穩壓管ZD50的陰極、二極管D56的陽極和開關管Q51的基極，所述穩壓管ZD50的陽極連接至諧振控制芯片的高端驅動浮地管腳，所述二極管D56的陰極通過電阻R13與開關管Q5的柵極相連，所述開關管Q51的發射極通過電阻R9與開關管Q5的柵極相連，所述開關管Q51的集電極連接至開關管Q5的源極。6.如權利要求5所述的燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，其特征在于，所述開關管Q5的柵極和源極之間還設置有阻值大小在1K歐姆的電阻R10。7.如權利要求5或6所述的燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，其特征在于，第二開關管加速單元包括穩壓管ZD51、二極管D55、電阻Rl 5、電阻Rl I和開關管Q50 ； 其中，諧振控制芯片的低端驅動輸出管腳連接至穩壓管ZD51的陰極、二極管D55的陽極和開關管Q50的基極，所述穩壓管ZD51的陽極接地，所述二極管D55的陰極通過電阻R15與開關管Q6的柵極相連，所述開關管Q50的發射極通過電阻Rll與開關管Q6的柵極相連，所述開關管Q50的集電極連接至開關管Q6的源極。8.如權利要求7所述的燈具控制系統中的LLC諧振變換器電路，其特征在于，所述開關管Q6的柵極和源極之間還設置有阻值大小在1K歐姆的電阻R12。
【文檔編號】H05B33/08GK205726618SQ201620659588
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】張彬, 胡特奇, 王科, 李長建, 朱黎麗
【申請人】重慶燦源電子有限公司